安全阀对铅酸蓄电池循环寿命的影响分析

安全阀对铅酸蓄电池循环寿命的影响分析付艳玲，成梓铭，潘广宇，张鸣（沈阳蓄电池研究所，辽宁沈阳110142）摘要：依据标准技术要求、标准试验方法通过对蓄电池安全阀性能试验，分析目前产品寿命过早终止的主要原因，及如何在生产控制过程中，有效实施检验、化验分析手段，以确保产品质量稳定。关键词：安全阀;铅酸蓄电池；循环寿命中图分类号：文献标识码：文章编号：Effectofsafetyvalveonthecyclelifeoflead-acidbatteryFUYan-ling,CHENGZi-ming,PANGuang-yu,ZHANGMing(ShenyangStorageBatteryResearchInstitute,ShenyangLiaoning110142)Abstract:Accordingthetechnicalrequirementsandtestingmethodsinthestandards,themainreasonsofprematureterminationofcyclelifeoflead-acidbatterieswereanalyzedbytestingthesafetyvalvesoflead-acidbatteries,andhowtoeffectivelyimplementingtheinspectionandtestingmeanswasdeterminedtoensurethestablequality.Keywords:safetyvalve;lead-acidbattery;cyclelife1概述铅酸蓄电池作为一种化学能源出现以来，给人们的生产、生活带来了很大方便。随着现代工业的飞速发展，市场需求的不断更新，人们对铅酸蓄电池质量的要求也越来越高，但铅酸蓄电池本身却不可避免的存在这样或那样的问题，蓄电池寿命性能过早失效就是其中一例。目前，在国家蓄电池质量监督检验中心测试的阀控式铅酸蓄电池中出现的性能失效主要表现为循环耐久能力不符合相关标准要求。2解剖分析蓄电池在试验过程中，当寿命提前终止时，对电池进行解剖分析，其中发现了正极板腐蚀变形、正极活性物质脱落、极板硫酸盐化、电解液干涸、正负极群窜位、隔板偏移、隔板与极群之间的压力变化而变形等现象[1]。表1所采集18组检验数据为2005～2006年18家企业所提供样品的试验结果，因其集中体现为循环寿命性能失效，所以通过对安全阀开、闭压力的测试及逐一解剖进行分析。表2为经测试循环寿命符合标准要求的12家企业产品的试验结果。表118家企业所提供样品的试验结果编号型号开阀压(kPa)闭阀压(kPa)寿命循环(次)寿命终止原因1#6V4Ah42.6713.38150电解液干涸2#6V4Ah39.9812.16150电解液干涸3#6V4Ah46.2013.17100电解液干涸4#6V4Ah40.1316.16100电解液干涸5#6V4Ah39.6612.1725极群组掉片6#12V6.5Ah42.5116.66150电解液干涸7#12V6.5Ah40.6715.56125电解液干涸8#12V7Ah46.1612.16175电解液干涸9#12V7Ah48.1915.67175电解液干涸10#12V7Ah39.6710.98175电解液干涸11#12V7.2Ah36.6620.68275活性物质脱落12#12V7.2Ah39.6612.66200电解液干涸13#6-DZM-1040.2812.16168电解液干涸14#6-DZM-1044.1813.18128电解液干涸15#6-DZM-1042.6612.1696隔板偏移16#6-DZM-1041.7812.87142电解液干涸17#6-DZM-1032.1918.19320活性物质脱落18#6-DZM-1042.6716.02161电解液干涸平均值41.4414.22解剖样品发现：5#样品出现极群组与汇流排之间断裂而掉片的现象。11#、17#样品出现正极活性物质成泥状，与板栅之间无应附着力；板栅机械强度差，边框断裂及负极板膨胀现象，同时极群出现侧面连电现象。15#样品出现极板连电现象，主要原因是隔板窜位、偏移而引起正、负极板发生连电。以上3种情形在所采集的不合格数据中占的比例不大，样品不合格的主要原因是电池的电解液干涸所致。电池电解液出现干涸的原因是多方面的，比如：灌酸液量少、阴极吸收能力差、极群压缩比低等、安全阀的性能差等。3安全阀在铅酸蓄电池试验中对寿命的影响从表1试验数据可以看出，开阀压力平均值为41.44kPa，闭阀压力平均值为14.22kPa。其中14组样品占不合格样品率77.8%，解剖后未发现明显装配质量问题，而集中表现为电解液出现不同程度的干涸，AGM隔板与正极板已完全粘连，无法剥离，且正、负极板出现不同程度硬化。其中7组在解剖过程开启压板时发现，6个注液孔上的安全阀中有2～3个安全阀无法复位，呈常开状态，使阀控式结构电池的氧复合效率大大降低，造成电解液损失，从而导致寿命提早终止。由此可见由于安全阀失效而使电解液干涸，从而导致电池循环寿命过早失效占的比例相当大，所以企业在生产控制过程中应找出引发此类问题的原因，避免由此而影响电池性能。从表2试验数据看出，开阀压力平均值为31.12kPa，闭阀压力平均值为20.93kPa，该12组样品依据标准技术要求进行循环耐久能力试验，完全符合要求。解剖分析发现，AGM隔板内有少量游离态电解液，正极板活性物质轻度疏松，正极板栅在机械外力作用下折断面有金属光泽，负极板轻度膨胀，有韧性，膨胀部分在极群组之间无连电现象。抽取极群间AGM隔板无短路连电现象。表212家企业产品的试验循环寿命结果从测试结果发现，开阀压力在29.00～32.67kPa范围内，闭阀压力在17.68～22.19kPa范围内，样品循环寿命均可达到标准规定的要求。但在此范围内的压力在实际生产过程中难以控制，至使通常选取开阀压力在25～35kPa范围之内，同时闭阀压力在15～25kPa范围之间的电池，如无其它装配质量问题，电解液损耗相对较少，基本可达到标准循环寿命次数。由此可见，开、闭阀压力差基本在10kPa范围之内时，同时闭阀压力20kPa左右的电池其循环寿命次数明显提高。目前企业已充分意识到电解液干涸是产品寿命终止的重要原因，因此在生产过程中，常通过增加酸量以期延长电解液损失周期，而对于安全阀的选购及进货检验，则未进行严格的控制。常情况下，在选购安全阀时，应选用弹性好，型状完美，无飞边色泽不匀为前题的条件下。选择厚度约为1mm，阀帽直径φ约为8mm，注液孔直径φ约为7.8mm左右，具备良好的耐酸性和耐热性的安全阀。众所周知，在实际使用过程中，安全阀在酸性高温的环境条件下会逐渐老化，从而使造成以下两种情况[2]。①开阀压力增加过高，如遇充电电流不稳的条件下，存在热失控，电池变形、开裂甚至爆炸的隐患。②阀常开，即安全阀已老化变形或与注液孔不相匹配等原因而无法发挥阀控作用，大大降低负极氧复合能力，造成严重失水干涸，性能失效。为了延缓安全阀老化的问题，通常可以在安全阀上涂一层甲基硅油，此方法可降低开阀压力约10kPa。4结束语综上所述，建议企业在整个行业艰难的大环境下，从细节入手，通过对安全阀、密封胶、隔板等辅助材料进行严格质量控制和检验，有效避免因此类占整个产品成本比例微小的材料原因而造成不必要的经济损失。参考文献：[1]潘丽云.阀控铅酸蓄电池达不到设计使用寿命的分析及对策[J].科学之友,2009,(4):110-113.[2]魏荣澄.通信阀控式铅酸蓄电池的使用及维护[J].通信电源技术.2009,26(3):75-76.编号型号开阀压（kPa）闭阀压（kPa）寿命循环（次）1#6V4Ah32.6722.163002#6V4Ah30.8020.993003#6V4Ah32.1621.673004#6V4Ah30.1821.803005#12V7Ah32.1919.673006#12V7Ah30.9017.683007#12V7Ah29.0021.103008#12V7Ah30.1622.003009#6-DZM-1031.0019.6935010#6-DZM-1030.1821.1035011#6-DZM-1032.1822.1935012#6-DZM-1031.9621.16350平均值31.1220.93